Tratamientos para la eliminación de microplásticos en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales Urbanas: microfibras

Los microplásticos (MPs), partículas contaminantes procedentes de diversos orígenes, se encuentran en la actualidad de manera ubicua en el medioambiente [1,2]. La gran mayoría de estos microcontaminantes se localizan en los entornos acuáticos [3], suponiendo un riesgo para la fauna, la flora y también para los seres humanos [4]. Por ejemplo, pueden encontrarse en océanos [5], lagos [6], aguas residuales [7], ríos [8], agua potable [9], agua superficial [10] y sedimentos marinos [11], pero también en alimentos cotidianos como la sal común, la cerveza, el agua embotellada y el pescado [12]. Un reciente estudio ha estimado que una persona puede llegar a ingerir (dependiendo de la edad y el sexo) entre 39000 y 52000 MPs/año debido al consumo de alimentos y bebidas, y esta cantidad podría incrementarse en otros 90.000 MPs/año con la ingesta de agua embotellada [13]. Además, los microplásticos no solo son potencialmente dañinos para los humanos por ingestión, sino también por inhalación e incluso por contacto dérmico [14]. Los efectos dañinos de los MPs pueden verse incrementados por su carácter hidrófobo ya que tienen la capacidad de adsorber en su superficie diversos tóxicos, como metales pesados, bifenilos policlorados (PCBs) y plaguicidas, entre otros [15].

Si se clasifican los microplásticos en función de su forma (Figura 1), debe destacarse que las microfibras son uno de los microplásticos más abundantes (el 35% de los MPs liberados al medioambiente son microfibras), encontrándose en gran cantidad en las aguas residuales. Las microfibras se originan a nivel doméstico principalmente durante el lavado de ropa [2] y, a nivel industrial, proceden del sector del automóvil y de las industrias de la construcción y textil [16].

El agua es el principal vector de transporte de MPs y, en este sentido, las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) deben considerarse puntos críticos para abordar este problema ambiental.

Los microplásticos originados en actividades industriales y urbanas llegan a las EDARs a través del sistema de alcantarillado. Aunque estas instalaciones no están diseñadas específicamente para eliminar MPs, se pueden lograr altas eficacias de eliminación (≥90%) [7,17], a pesar de que este valor es aún insuficiente debido al gran número de MPs que se emiten al medioambiente cada día [18].

A nivel global, las concentraciones de microplásticos y microfibras encontradas en el influente de las EDARs muestran una amplia dispersión de datos (entre 0.28-31400 MPs/L y entre no detectado y 199 microfibras/L, respectivamente). Más de la mitad de estos MPs corresponden a microfibras. En los efluentes, las concentraciones de MPs descritas en la bibliografía varían entre no detectado y 750 MPs/L y la abundancia de microfibras es similar a la encontrada en el influente (50-60%). En promedio, una EDAR puede recibir entre 5.9×106 y 2.2×1012 microfibras/día y emitir al medioambiente entre 2.1×104 y 1.1×1010 microfibras/día [19].

En una EDAR convencional, el tratamiento de las aguas residuales se realiza en diferentes etapas que se pueden clasificar en: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario (Figura 2).

El pretratamiento consiste en una serie de procesos físicos llevados a cabo mediante sistemas de desbaste y desarenado-desengrasado y tiene por objetivo eliminar los sólidos de gran tamaño presentes en las aguas residuales con el fin de evitar obstrucciones y otros problemas que afectarían el correcto funcionamiento de la instalación. Diferentes trabajos han analizado la incidencia de MPs en esta etapa, en concreto, el pretratamiento puede llegar a eliminar el 45% de los microplásticos presentes en el agua bruta [20]. A continuación, tiene lugar el tratamiento primario que consiste en una decantación para eliminar los sólidos en suspensión. La combinación del tratamiento primario junto con el pretratamiento reduce notablemente la concentración de MPs en el agua residual (78-98%) respecto al agua bruta. Una vez que los lodos primarios se separan de las aguas residuales, el efluente del tratamiento primario se somete a un tratamiento secundario que consiste habitualmente en un proceso convencional de fangos activos (CAS), seguido de una decantación secundaria que separa el agua tratada del lodo secundario. Esta etapa muestra eficiencias de eliminación de MPs entre el 37-88%, respecto al efluente primario [7,20]. Finalmente, se suele emplear un tratamiento terciario, siendo el más habitual un proceso de coagulación-floculación seguido de una etapa de desinfección por cloración o radiación UV. Con respecto al efluente secundario, la cloración es capaz de eliminar únicamente un 7% [21].

En general, las instalaciones más efectivas son aquellas que emplean biorreactores de membrana (MBR), alcanzando eficiencias cercanas al 100% [7,22,23]. Sin embargo, dependiendo de las características de las aguas residuales y de las condiciones de funcionamiento, se han descrito eficiencias inferiores al 80% [24] e incluso del 25% [25]. Desde un punto de vista económico y en comparación con otros procesos, los MBR presentan como principales desventajas los altos costes de mantenimiento y el elevado consumo de energía [26]. Por otro lado, el uso de reactores biológicos secuenciales (SBR) también permite eliminar en ciertos casos hasta el 98% de los MPs presentes [27].

Respecto a las microfibras, el uso de CAS alcanza una eficacia de eliminación del 95-99.9% [19], mientras que los SBR también han mostrado elevadas eficacias de eliminación de microfibras (98-99%) [19,27]. Para los MBR, se han descrito eficiencias de eliminación de microfibras del 99% [22], aunque también se han encontrado valores inferiores al 90% [23] e incluso del 54% [24].

Cuando se emplean procesos de coagulación-floculación en el tratamiento terciario, la eliminación de MPs ha descrito eficacias de eliminación entre el 47-82% y de microfibras en torno al 98.6%, cuando se utiliza junto a otros tratamientos avanzados como la filtración rápida con arena (RSF) [28].

Por lo tanto, los diferentes procesos y tecnologías citados anteriormente, resumidos en la Tabla 1, se pueden emplear eficazmente en el tratamiento de aguas residuales para eliminar microplásticos y, en concreto, microfibras [19]. Optimizar estos procesos y/o complementarlos con otras tecnologías sigue siendo un desafío para evitar la liberación al medioambiente de MPs provenientes de las EDARs.

Los microplásticos eliminados del agua tratada quedan retenidos principalmente en los lodos. En la bibliografía se han descrito concentraciones comprendidas entre 400 y 7000 MPs/kg y entre 1500 y 170000 MPs/kg, en lodos mixtos húmedos y deshidratados, respectivamente [7,20]. Al igual que sucede en el agua residual, en los lodos, las fibras son los MPs más comunes seguidos de fragmentos, pellets y películas [29].

En la Unión Europea, la producción anual de lodos secos es de aproximadamente 10 millones de toneladas [30] y su gestión está regulada [31]. El uso más común de los lodos es como fertilizante en suelos agrícolas, ya que son ricos en materia orgánica y nutrientes. En Europa, se ha estimado que entre 44000 y 300000 toneladas de MPs son emitidos cada año al medioambiente debido al empleo de lodos como fertilizante [32,33]. Esta gran cantidad de partículas añadidas al suelo conlleva posibles efectos nocivos sobre la fauna y la flora [34,35]. La búsqueda de nuevas tecnologías para la eliminación de MPs retenidos en lodos es un aspecto clave para cumplir con los requisitos de la futura normativa y mejorar la valorización de estos residuos.

Los datos encontrados en la bibliografía muestran un amplio rango de valores en cuanto a concentraciones de MPs y microfibras en EDARs, lo que implica una alta variabilidad a nivel mundial. Las tecnologías existentes, como CAS y MBR, han demostrado una alta eficiencia de eliminación de microfibras y microplásticos, respectivamente. Sin embargo, en los próximos años, las EDARs deberán afrontar nuevos retos, ya que el Parlamento Europeo ha presentado recientemente una propuesta para regular los problemas medioambientales asociados a la presencia de MPs en aguas tratadas y lodos [36]. Por tanto, optimizar los procesos existentes y buscar nuevas tecnologías para reducir la presencia de estos microcontaminantes en las aguas residuales y lodos debe de ser una prioridad, no solo desde el punto de vista medioambiental, sino también para lograr el cumplimiento de la futura normativa sobre MPs.

Lista de abreviaturas

• MPs: Microplásticos
• EDAR: Estación Depuradora de Aguas Residuales
• CAS: Sistema convencional de fangos activos
• MBR: Biorreactor de membrana
• SBR: Reactor biológico secuencial
• PBCs: Bifenilos policlorados
• RSF: Filtración rápida con arena

Referencias bibliográficas

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